Une approche multiphysique de l'endommagement de polymères en milieu pétrolier: exemple de blistering

Ce travail répond à une préoccupation pétrolière souvent rencontrée lors de l’emploi de matériaux polymères au contact de gaz sous pression et en température~: gaines d’étanchéité, revêtements de tubes ou joints d’étanchéité. En effet, les polymères absorbent les gaz contenus dans les hydrocarbures transportés et ceci en fonction de leur nature chimique, de celle du gaz, et des conditions de température et de pression. Une rupture de l’équilibre, telle une chute de pression, entraîne une sursaturation du polymère en gaz. Cette sursaturation conduit alors à des gradients de concentration en gaz et de température qui peuvent générer des endommagements irréversibles tels que l’apparition de cloques ou de fissures, ou encore la formation d’une microporosité répartie de façon homogène dans le matériau (phénomène de moussage). Ce processus de dégradation, appelé «cloquage» («blistering») ou encore «endommagement par décompression explosive», peut être véritablement catastrophique pour le polymère et conduire à la perte de la fonction d’étanchéité du matériau. Dans le cas des polymères thermoplastiques semi-cristallins, la présence de défauts initiaux tels que des microcavités n’est pas toujours établie alors que des endommagements sous formes de cloques ou de fissures ont été observés. Les mécanismes d’endommagement semblent alors plus complexes que dans le cas des élastomères.

L’objectif de ce travail est donc multiple et vise notamment à identifier de façon précise les mécanismes physico-chimiques intervenant lors d’une décompression explosive sur des polymères semi-cristallins (PE, PVDF), à établir des relations entre la microstructure du polymère (morphologie), ses propriétés mécaniques et les modes d’endommagement, et enfin à construire des modèles physico-chimiques quantitatifs intégrant les aspects mécaniques, diffusionnels et thermiques. À terme, le but est d’obtenir des critères prédictifs de dégradation et d’endommagement spécifiques aux conditions d’utilisation en domaine pétrolier (hydrolyse, blistering…) pour des applications en calcul des structures.